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世界上最小的光学陀螺仪问世
2015-04-02 16:23:35 慕雪发布 来源:益择网
益择网讯（慕雪/编译）陀螺仪是许多技术中不可或缺的组件，例如惯性制导系统，监控对象运动和定位等，空间探测、卫星和火箭一直依靠陀螺仪进行准确的飞行控制，但与其他重要的航空航天技术一样，重量是也是陀螺仪面临的一个长期问题，据美国国家航空和宇宙航行局（NASA）估算，将1磅（0.45kg）物体送入太空所需成本为10000美元所以设计更小、更轻的组件是科学家们一直研究的问题。为此，纽约城市大学斯塔顿岛学院研究生中心物理学家葛丽研究小组发明了一种新型光能陀螺仪，它是目前世界上最小的陀螺仪，尺寸只有10微米左右，比人类头发的直径还短，这项技术不但将开辟新一代微载荷导航系统，而且可大大降低太空任务成本。
“我们发明了目前世界上最小的陀螺仪，”葛丽说，“虽然光学陀螺仪并不新鲜，但我们的创新在于超小的尺寸和超高的灵敏性。”完全不同于传统机械陀螺仪，新型陀螺仪没有移动部件，而是通过双重光波以相反的方向绕着光学腔运动，彼此不断传递信号。传统机械陀螺仪基于牛顿运动定律来维持稳定和方向，但这些物理原则对光不适用，因此要找到能测量运动的特殊光信号，这些信号来自于光的一种被称为萨尼亚克效应的特殊属性，简而言之，当光波分开时创建可测量的干涉图样，然后结合时以旋转的形式离开系统。
传统上，工程师们用两种基于萨尼亚克效应的方法制作光学陀螺仪，第一使用光学腔（晶体工程结构）来限制光，第二是使用光纤引导光。其中第一种对于实现微型化是最好的选择，研究人员通过基于远场发射的原理来设计光学腔，不直接测量光波颜色变化，而是测量退出腔时产生光的模式。这好比让一个点亮的灯泡旋转，但因为旋转幅度极其微小，所以肉眼不可见，而旋转本身产生微小但可测量的相对论效应（周围空间和光源略弯曲），可通过扭曲程度来计算旋转速度。研究人员的下一步研究重点是控制远场发射模式所引起的灵敏度下降。
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